本实用新型专利技术涉及激光雷达技术领域，公开了一种激光雷达测距链路的整体监测结构及激光雷达。基于参考测量模块由角锥棱镜、漫反射片和光阑板构成，且在光阑板设置两个关于角锥棱镜顶点对称的光阑孔的结构特点；激光雷达测距链路的整体监测结构具备多种用于监测的被测参考目标的选择。根据对不同参考目标的选择，实现如下目的：(1)、通过选择漫反射材料实现光束路径变化与被测目标自身反射率变化的解耦；(2)、通过同时选择多种不同材质漫反射材料作为被测目标，不同被测目标间隔设置，排除被测目标自身反射特性变化的负面影响；(3)、通过选择光束指向不敏感的光路结构和材料设定，排除被测目标自身位置偏移引起的负面影响。被测目标自身位置偏移引起的负面影响。被测目标自身位置偏移引起的负面影响。
【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达测距链路的整体监测结构及激光雷达
[0001]本技术涉及激光雷达
，具体涉及一种激光雷达测距链路的整体监测结构及激光雷达。
技术介绍
[0002]安全级激光雷达对其自身可靠性提出了严格的要求，例如需满足电气/电子/可编程电子安全的IEC61508标准和电敏保护设备(ESPE)的机械标准EN61496。为满足这些安全标准，必须采取一系列措施，如通过多样化的电子设备进行安全评估或实现性能安全的备份，功能监测、或对光学元件的污染进行监测。对自我诊断的要求取决于雷达的安全等级水平要求。
[0003]满足相关安全标准的保证措施之一是在激光雷达内部设置特定参考目标，通过接收已知目标物体的回波，解算出距离值，与理想状态下的厂内标验值比较，以此监测包括发射光源、发射接收光路、探测器、信号调理电路在内的整套测距链路的整体工作状态及性能水平。
[0004]结合激光雷达的内部光机架构，此参考目标在雷达扫描模块的每一次偏转/旋转中被光学扫描，根据参考目标的信号回波的强度信息和距离信息进行评估。如果强度信息和距离信息超出预先设定的区间范围，则激光雷达以安全相关的方式进行工作模式切换或关闭。对于以旋转电机带动转镜实现扫描的激光雷达，通用的做法是将电机旋转的一个连续的角度范围限定为雷达对外测量的工作盲区，此盲区专门用于雷达对内部参考目标的测量。
[0005]安全级的激光雷达系统自检在原则上可能出现两类故障，第一类故障是系统工作状态异常，但自检未能检出，这是安全系统不惜一切代价极力避免的。第二类故障是系统正常运行，但发生误判，触发了与安全相关的停机或进入安全保护模式，这将降低系统的可用性。
[0006]针对雷达系统测距链路的整体工作状态监测，通过盲区内参考目标的测量实现，与真实的激光测距相比，仅是将雷达外部真实被测目标替换为雷达内部的参考目标。发射光源、发射接收光路、探测器、信号调理电路，数据处理模块和处理算法等一系列软硬件模块的整体工作状态都可通过参考目标的回波信号及解算结果体现出来，故第一类故障是可以有效避免的。唯一需着重考量的是参考目标引入的不确定度，即参考目标的退化引发的误判导致第二类故障的产生。退化分为两层面：
①
参考目标所在光路的光束路径的变化，例如监测光路中作为参考目标的反射器件的物理位置偏移造成的光路偏转；
②
参考目标本身反射特性的变化。本技术即是针对参考目标的选择及参考光路的设定进行结构创新。
[0007]角锥棱镜又叫做后向反射镜，无论入射角如何，反射光线总是平行于入射光线。角锥棱镜主要用于目标确定及快速对准等场合。在投影系统、成像系统、光学仪器、激光测量系统上有着广泛的应用。角锥棱镜优点：棱镜对入射光的入射角不敏感，在一定范围的入射角内入射，出射光或者图像都将被180
°
反射，是一种理想的反射光学元件。角锥棱镜缺点：
入射光和出射光不会重叠，两者会错位一个距离。光束入射到角锥棱镜时，光束能够正确地以与入射角度相同的角度返回。光束的入射位置偏离角锥棱镜的中心时，光束将从中心的另一侧在偏离中心相同距离的位置射出。入射点和出射点相对于角锥棱镜顶点成轴对称分布。
技术实现思路
[0008]针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种激光雷达测距链路的整体监测结构及激光雷达，避免由于参考目标的退化引发的误判、导致触发了与安全相关的停机或进入安全保护模式，从而提高了系统的可用性。
[0009]本技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0010]一种激光雷达测距链路的整体监测结构，其特征在于：包括壳体，在壳体上设有旋转机构、用于产生出射光束的激光发射模块、用于激光雷达系统自检的参考测量模块、以及用于接收回波光束的激光接收模块，在旋转机构的作用下发射模块的出射光束的出射角度具备绕旋转中心360
°
水平扫描的功能；在出射光束的出射角度范围内划定测距盲区，参考测量模块位于测量盲区内；
[0011]参考测量模块包括角锥棱镜、漫反射片和光阑板，沿出射光束的方向，角锥棱镜位于光阑板的正后方，且角锥棱镜横向放置；在光阑板上设有两个关于角锥棱镜顶点对称的光阑孔，一片或者多片漫反射片设置在两个光阑孔之间。
[0012]按上述技术方案，选用多片漫反射片，漫反射片之间的反射率不同。
[0013]按上述技术方案，多片漫反射片均选用低反射率。
[0014]按上述技术方案，多片漫反射片的漫反射材料不完全相同。
[0015]按上述技术方案，选用两片低反射率、反射率不同、以及漫反射材料不同的漫反射片，在光阑板上的两光阑孔之间设置有两斜面，斜面位置处设有开槽或凹槽，漫反射片被安装在开槽或凹槽处。
[0016]按上述技术方案，激光发射模块包括设在壳体上的激光光源、位于激光光源出射光束上的激光准直透镜、以及位于激光光源出射光束上且位于激光准直透镜后方的反射镜，激光光源的出射光束和激光准直透镜均位于旋转机构的旋转中心线上，且旋转机构的旋转中心线上穿过反射镜；出射光束由激光光源发出，经激光准直透镜准直后由反射镜反射。
[0017]按上述技术方案，出射光束为竖直向上，反射镜与出射光束呈45
°
夹角。
[0018]按上述技术方案，激光接收模块包括包裹在激光光源和激光准直透镜外侧的激光接收透镜、位于激光接收透镜的激光汇聚端的光电探测器、与光电探测器电性连接的接收放大电路、以及与接收放大电路电性连接的主控电路模块，回波光束由激光接收透镜汇聚后照射在光电探测器上。
[0019]按上述技术方案，壳体包括固定架体和与固定架体相连的光学罩；旋转机构、激光发射模块、参考测量模块、以及激光接收模块设在固定架体上；激光发射模块产生的出射光束在穿过光学罩后照射在被测目标物或参考测量模块上，回波光束在穿过光学罩后照射在激光接收模块上，光学罩不改变出射光束和回波光束的方向。
[0020]一种激光雷达，其特征在于：包括任一所述的激光雷达测距链路的整体监测结构。
[0021]本技术具有以下有益效果：
[0022]1、基于参考测量模块由角锥棱镜、漫反射片和光阑板构成，且在光阑板设置两个关于角锥棱镜顶点对称的光阑孔的结构特点；激光雷达测距链路的整体监测结构具备多种用于监测的被测参考目标的选择。从而根据对不同参考目标的选择，实现如下目的：
[0023](1)通过选择漫反射材料实现光束路径变化与被测目标自身反射率变化的解耦；
[0024](2)通过同时选择多种不同材质漫反射材料作为被测目标，不同被测目标间隔设置，排除被测目标自身反射特性变化的负面影响；
[0025](3)通过选择光束指向不敏感的光路结构和材料设定(角锥棱镜、漫反射片)，排除被测目标自身位置偏移引起的负面影响。
[0026]2、设置多片漫反射片的目的是，雷达在盲区监测时多片漫反射片对应的回波数据可相互校验，避免因单片的退化引发雷达误检。多片漫反射片均选用低反射本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光雷达测距链路的整体监测结构，其特征在于：包括壳体，在壳体上设有旋转机构、用于产生出射光束的激光发射模块、用于激光雷达系统自检的参考测量模块、以及用于接收回波光束的激光接收模块，在旋转机构的作用下发射模块的出射光束的出射角度具备绕旋转中心360
°
水平扫描的功能；在出射光束的出射角度范围内划定测距盲区，参考测量模块位于测量盲区内；参考测量模块包括角锥棱镜、漫反射片和光阑板，沿出射光束的方向，角锥棱镜位于光阑板的正后方，且角锥棱镜横向放置；在光阑板上设有两个关于角锥棱镜顶点对称的光阑孔，一片或者多片漫反射片设置在两个光阑孔之间。2.根据权利要求1所述的激光雷达测距链路的整体监测结构，其特征在于：选用多片漫反射片，漫反射片之间的反射率不同。3.根据权利要求2所述的激光雷达测距链路的整体监测结构，其特征在于：多片漫反射片均选用低反射率。4.根据权利要求2所述的激光雷达测距链路的整体监测结构，其特征在于：多片漫反射片的漫反射材料不完全相同。5.根据权利要求2
‑
4任一所述的激光雷达测距链路的整体监测结构，其特征在于：选用两片低反射率、反射率不同、以及漫反射材料不同的漫反射片，在光阑板上的两光阑孔之间设置有两斜面，斜面位置处设有开槽或凹槽，漫反射片被安装在开槽或凹槽处。6.根据权利要求1
‑
4任一所述的激光雷达测距链路的整体监测...
【专利技术属性】
技术研发人员：张强，徐辉雄，陈浩，田家豪，
申请(专利权)人：山东富锐光学科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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